中國(guó)垃圾填埋場(chǎng)沼氣回收混合系統(tǒng)與溫室氣體減排
一、導(dǎo)言
在過(guò)去的十年里，中國(guó)經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，同時(shí)也導(dǎo)致了城市垃圾產(chǎn)生量的相應(yīng)增加。1996年，中國(guó)的城市垃圾產(chǎn)生量估計(jì)接近1億噸，而2000年增長(zhǎng)到了1.2至1.4億噸。
據(jù)有關(guān)報(bào)道，中國(guó)的城市垃圾產(chǎn)生量大約是每人每天0.66到2.62公斤之間，平均為每人每天1.16公斤。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，垃圾的成分也發(fā)生了顯著的變化。某些城市報(bào)道的垃圾成分已與工業(yè)化國(guó)家相似。
過(guò)去城市垃圾只是運(yùn)到填埋場(chǎng)和堆放場(chǎng)處理，但現(xiàn)在對(duì)環(huán)境，尤其是對(duì)地下水源和地表水源的保護(hù)已得到重視，因此，那種選址不當(dāng)和簡(jiǎn)易處理的垃圾堆放場(chǎng)正在被關(guān)閉，取而代之的是使地下水和地表水得到保護(hù)的先進(jìn)設(shè)施。但是，隨著有關(guān)全球變暖和氣候變化問(wèn)題的日益突出，下一個(gè)課題是著重于優(yōu)化新的垃圾填埋場(chǎng)的沼氣回收利用，減少溫室氣體的排放。
垃圾填埋場(chǎng)中的有機(jī)廢物在厭氧狀態(tài)下分解，會(huì)產(chǎn)生填埋氣體（LFG）。除了少量的其他成分之外，填埋氣體主要由數(shù)量大致相當(dāng)?shù)恼託夂投趸冀M成。沼氣是一種使21世紀(jì)全球變暖趨勢(shì)的強(qiáng)力溫室氣體。開(kāi)展從垃圾填埋場(chǎng)中回收利用填埋氣，使之成為再生資源，可以生產(chǎn)能源并取代石油和煤。同時(shí)，通過(guò)完善填埋氣回收系統(tǒng)，還可以取得包括控制填埋氣體的遷移和減少垃圾臭氣的環(huán)境效益。
此外，填埋氣體的回收利用還有其他的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，一個(gè)減排信貸的國(guó)際市場(chǎng)已經(jīng)形成，實(shí)現(xiàn)的減排量可以用于出售。減排貿(mào)易的計(jì)劃，如清潔發(fā)展機(jī)制，在京都議定書(shū)的框架下得到鼓勵(lì)。因此，有必要評(píng)估垃圾填埋氣體回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和效能，以期在填埋場(chǎng)的整個(gè)運(yùn)行期間最大限度地實(shí)現(xiàn)沼氣的減排。
二、填埋場(chǎng)沼氣的控制方案
1.概述
配置填埋氣體的回收系統(tǒng)和運(yùn)行設(shè)備是控制填埋氣體逸出的常用做法，這種方法在國(guó)際上廣泛采用。有越來(lái)越多的中國(guó)的垃圾填埋場(chǎng)安裝填埋氣體回收系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括被動(dòng)系統(tǒng)和主動(dòng)系統(tǒng)。簡(jiǎn)述如下：
A.被動(dòng)系統(tǒng)
被動(dòng)排氣系統(tǒng)是填埋氣體控制系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的一種類(lèi)型，一般用于小型的填埋場(chǎng)和已關(guān)閉的填埋場(chǎng)。也可用作大型填埋場(chǎng)的臨時(shí)措施。
被動(dòng)系統(tǒng)在垃圾填埋作業(yè)區(qū)內(nèi)部或周邊地下設(shè)置有排氣井或石籠，以為填埋氣排出大氣提供便捷的通道。在一些填埋場(chǎng)（主要是小型填埋場(chǎng)或已關(guān)閉的填埋場(chǎng)），填埋氣不經(jīng)處理就直接排入大氣。但從控制臭氣和減少排放考慮，對(duì)填埋氣點(diǎn)火燃燒或加以利用是更好的辦法。
B.主動(dòng)系統(tǒng)
主動(dòng)系統(tǒng)主要用于中型和大型的垃圾填埋場(chǎng)沼氣回收利用。主動(dòng)系統(tǒng)一般包括如下主要部分：
·抽氣井
·集氣系統(tǒng)
·冷凝系統(tǒng)
·壓縮/燃燒站
·應(yīng)用裝置（供選擇）
建設(shè)填埋氣的主動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)填埋場(chǎng)的具體條件有很多方案可供選擇。垂直抽氣井是最常用的標(biāo)準(zhǔn)抽氣井形式。垂直抽氣井最適合于安裝在已完成填埋的區(qū)域，在垃圾堆體上鉆取抽氣井，通常的排列間隔距離大約在25米到100米之間。
垂直抽氣井一般用PVC、HDPE或其他材料制造。在井的較深部分開(kāi)槽或鉆孔，上部則為實(shí)管。井的下面部分鉆有排孔并被碎石圍裹著（稱(chēng)為濾包），是為了從垃圾中抽取氣體，而濾包上部的密封，則是防止抽出的氣體重新進(jìn)入垃圾堆體。
在正在填埋垃圾的填埋場(chǎng)中選擇垂直抽氣井建設(shè)方案，需安裝整套設(shè)備。通常包括升降鋼架、鋼管或混凝土井，抽氣井隨著垃圾堆體的升高而提升。這些抽氣井抽取的氣體，通過(guò)臨時(shí)的集氣管或井間橫向的聯(lián)管收集后點(diǎn)火燃燒。
水平抽氣裝置也是回收填埋氣體的一種選擇方案。設(shè)計(jì)和安裝水平的抽氣裝置，可以高效地回收填埋氣體。水平的抽氣管一般由均勻鉆孔的花管或兩種不同口徑交叉組合的管組成。水平抽氣管包裹粗礫石中以加強(qiáng)填埋氣的回收。
水平抽氣裝置為正在填埋垃圾的填埋場(chǎng)抽氣提供一個(gè)有效的方式。這種裝置可減少對(duì)垃圾填埋作業(yè)活動(dòng)的干擾。水平抽氣管通過(guò)在填埋場(chǎng)開(kāi)挖縱橫的溝槽來(lái)埋設(shè)，其間距在30米到100米之間。水平抽氣管可隨著填埋場(chǎng)的運(yùn)行，還可在不同的深度層面鋪設(shè)。
2.制約沼氣回收的因素
填埋場(chǎng)沼氣產(chǎn)生量的評(píng)估，通常是沿用美國(guó)環(huán)？偸穑║SEPA）和氣候變化政府間委員會(huì)（IPCC）的初級(jí)分解研究方法來(lái)確定的。但是并非填埋場(chǎng)所產(chǎn)生的所有填埋氣都能被回收，據(jù)美國(guó)環(huán)？偸鹪u(píng)估，綜合填埋氣系統(tǒng)的回收率大約為60%到85%。
一般來(lái)說(shuō)，發(fā)達(dá)地區(qū)以國(guó)際上高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)建設(shè)和管理的填埋場(chǎng)沼氣回收率比較高，而落后地區(qū)的填埋場(chǎng)沼氣回收率就比較低（比如那些各自分散填埋的地區(qū)）。
此外，在中國(guó)限制填埋場(chǎng)沼氣回收的因素包括，未來(lái)資源回收計(jì)劃的影響，垃圾填埋場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，填埋場(chǎng)的運(yùn)行實(shí)踐和滲瀝液處理的狀況。現(xiàn)將這些問(wèn)題簡(jiǎn)述如下。
（1）資源回收計(jì)劃的影響
當(dāng)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)繼續(xù)導(dǎo)致垃圾量的增加時(shí)，資源回收計(jì)劃和包括循環(huán)利用、堆肥和焚燒設(shè)備等將會(huì)大量減少在填埋場(chǎng)處理的有機(jī)垃圾。垃圾中有機(jī)物的減少，也將影響填埋氣的產(chǎn)生量以及與之相關(guān)的回收率。
因此，應(yīng)對(duì)每一個(gè)考慮進(jìn)行填埋氣利用或溫室氣體減排的地方的垃圾產(chǎn)生量和垃圾成分基礎(chǔ)資料進(jìn)行調(diào)查測(cè)定，以便仔細(xì)地研判和評(píng)估未來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和資源回收工作的影響。
（2）填埋場(chǎng)的構(gòu)建狀況對(duì)氣體回收的影響
填埋場(chǎng)的構(gòu)建狀況也會(huì)對(duì)填埋氣的回收率有重大的影響。通常，深的填埋場(chǎng)氣體回收率最高，而淺的填埋場(chǎng)氣體回收率最低。
為了在填埋場(chǎng)整個(gè)使用期間最大限度地回收填埋氣，應(yīng)逐個(gè)單元地進(jìn)行分區(qū)填埋，而不應(yīng)全面地?cái)偙√盥。分區(qū)填埋的方法還有一個(gè)好處，就是可以對(duì)未填埋區(qū)分期投資，并可最大限度地減少滲瀝液的產(chǎn)生量。
（3）填埋場(chǎng)運(yùn)行狀況對(duì)氣體回收的影響
填埋場(chǎng)的運(yùn)行管理方式也會(huì)對(duì)填埋氣體回收率有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)行管理得好的填埋場(chǎng)氣體回收率最高，運(yùn)行管理得差的填埋場(chǎng)氣體回收率就低。
采用現(xiàn)代的填埋技術(shù)，限制填埋作業(yè)面在一個(gè)至兩個(gè)，有助于提高填埋氣的回收率。垃圾填埋的作業(yè)面，在有效保證垃圾車(chē)進(jìn)出的情況下，應(yīng)盡可能小。此外，完工的作業(yè)面應(yīng)進(jìn)行每天的覆蓋、中間覆蓋以及填滿(mǎn)后的終場(chǎng)覆蓋。
而且，在填埋新一層垃圾之前，應(yīng)把每天覆蓋和中間覆蓋的土推開(kāi)，或者在覆蓋土中打開(kāi)一個(gè)通道，以便滲瀝液往下滲透，氣體往上流動(dòng)。
（4）滲瀝液處理對(duì)氣體回收的影響
填埋場(chǎng)對(duì)滲瀝液的處理效果對(duì)填埋氣的回收率也有重要的影響。一般來(lái)說(shuō)，滲瀝液得到有效的導(dǎo)排而不溢出的填埋場(chǎng)，氣體回收率就高。如填埋場(chǎng)受到滲瀝液的浸泡，氣體回收系統(tǒng)就會(huì)失去作用。這個(gè)情況在降雨量很大的地區(qū)應(yīng)特別引起注意，設(shè)計(jì)氣體回收系統(tǒng)時(shí)必須考慮這個(gè)因素。
3.沼氣混合回收系統(tǒng)
（1）適用范圍
為了最大限度地回收填埋氣，中國(guó)的垃圾填埋場(chǎng)應(yīng)配置混合回收系統(tǒng)，它包括垂直抽氣井、水平集氣裝置和其他的集氣裝置。這個(gè)系統(tǒng)需配置特別設(shè)計(jì)的水平氣體收集裝置連結(jié)各現(xiàn)有的石籠，以便于從出氣口回收氣體；旌匣厥障到y(tǒng)還可以在填埋氣聚集的其他地方回收氣體，如滲濾液的收集池和各種儲(chǔ)存器。
混合填埋氣系統(tǒng)可以用于瑞有帶石籠的填埋場(chǎng)，也可以安裝在新的填埋場(chǎng)，但不能用于已關(guān)閉的填埋場(chǎng)。
（2）建設(shè)實(shí)施
在填埋場(chǎng)整個(gè)使用期間合理地漸進(jìn)設(shè)置混合填埋氣系統(tǒng)，主要是為了回收正在產(chǎn)生的填埋氣，而不要等到填埋場(chǎng)填滿(mǎn)封場(chǎng)之后。對(duì)于水平收集裝置采用周邊管網(wǎng)來(lái)收集填埋氣，而對(duì)隨著填埋作業(yè)而延伸的垂直抽氣井，可采用臨時(shí)的橫向收集管。
潮濕多雨地區(qū)的垃圾填埋場(chǎng)，不管是垂直抽氣井還是水平收集裝置，都應(yīng)該確保滲瀝液的重力自流排泄。滲瀝液導(dǎo)排系統(tǒng)（填埋場(chǎng)低于地平的部份）或場(chǎng)外的排水（高于地平部份）都是如此。如需采用泵來(lái)抽水排放的話(huà)則會(huì)增加運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
（3）運(yùn)行結(jié)果
一個(gè)填埋場(chǎng)要安裝氣體回收系統(tǒng)并投入運(yùn)行，應(yīng)該先進(jìn)行比較和監(jiān)測(cè)，以?xún)?yōu)化氣體回收率。填埋氣的預(yù)期回收率應(yīng)以初期的抽氣率為依據(jù)。
系統(tǒng)啟動(dòng)之后，應(yīng)該連續(xù)運(yùn)行以探明填埋氣可持續(xù)的回收率。一般需連續(xù)運(yùn)行大約三個(gè)月或更長(zhǎng)的時(shí)間，才能得出較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。運(yùn)行結(jié)果應(yīng)與預(yù)期的回收率進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)束以及結(jié)果得到確認(rèn)之后，就可以安裝設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)，并出售溫室氣體減排量了。這樣一個(gè)分步的過(guò)程，將使填埋氣的回收和溫室氣體減排項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)最小，包括避免氣體回收率小于預(yù)期和回收設(shè)備規(guī)模的配置過(guò)大的風(fēng)險(xiǎn)。
三、結(jié)語(yǔ)
填埋氣中的沼氣是一種強(qiáng)烈的溫室氣體，沼氣的減排和利用是近階段減緩全球變暖具有最經(jīng)濟(jì)、最有效的對(duì)策之一。填埋氣的回收可作為可再生資源利用，用于生產(chǎn)能源并代替煤和石油。填埋氣的回收還可獲得防止填埋氣的遷移和控制臭氣等環(huán)境效益。
混合系統(tǒng)可為中國(guó)的垃圾填埋場(chǎng)提供一個(gè)填埋氣回收利用和減少溫室氣體排放，其成本—效益近于最優(yōu)的方法。這種技術(shù)包括填埋氣回收不同方法的組合，可安裝在運(yùn)行中的填埋場(chǎng)，也可設(shè)計(jì)用于新的設(shè)施。回收方法的選擇，應(yīng)根據(jù)填埋場(chǎng)的具體情況來(lái)設(shè)計(jì)，但一般不適用于已關(guān)閉的填埋場(chǎng)。
應(yīng)用混合系統(tǒng)的效益是可增加填埋氣體的回收率和填埋沼氣的利用率，減少溫室氣體的排放。提高填埋氣的回收率對(duì)改善項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益也有顯著意義。其他的效益是減少填埋氣體的外排，減少安全隱患，并減少地區(qū)以至全球性的環(huán)境影響。
(作者：托馬斯D韋斯瑞爾ThomasD.Wetherill(新西蘭)，南寧市環(huán)境衛(wèi)生管理處總工程師；鐘慶柏，南寧市環(huán)境衛(wèi)生管理處辦公室主任)
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